Бакланова Ольга Николаевна Технологии сорбентов и катализаторов на основе технического углерода

Краткое описание

Бакланова Ольга Николаевна Технологии сорбентов и катализаторов на основе технического углерода

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

доктор наук Бакланова Ольга Николаевна

Введение

Актуальность работы

Цель и задачи работы

Степень достоверности результатов

Методология исследования

Научная новизна

Практическая значимость работы

Основные положения, выносимые на защиту

Апробация работы

Личный вклад автора

Публикации

Структура и объем диссертации

Глава 1Сорбенты, носители катализаторов и композиционные материалы на основе технического углерода и их технологии

синтеза (литературный обзор)

1. 1 Общие сведения об углеродных материалах

1.2 Текстура и прочность пористых углеродных материалов

1.3 Функциональный состав поверхности углеродных материалов

1.4 Окислительная обработка углеродных материалов

1.5 Применение углеродных материалов в качестве сорбентов

и носителей катализаторов

1.5.1 Активные угли

1.5.2 Углеродные наноматериалы

1.5.3 Графит

1.5.4 Технический углерод

1.6 Технический углерод, особенности строения, технологии получения и области применения

1.6.1 Промышленные технологии получения технического углерода

1.6.2 Области применения технического углерода

1.7 Сибунит - гранулированный сорбент и носитель на основе технического углерода

1.7.1 Технология получения Сибунита

1.7.2 Морфология, пористая текстура и прочность Сибунита

1.8 Экструзионная технология получения сорбентов и носителей катализаторов на основе технического углерода

1.8.1 Реологические свойства пластичных композиций на основе технического углерода

1.8.2 Тенологии получения углеродных профилей сложной формы

1.9 Технология получения медицинских сорбентов и изделий для акушерско-гинекологической практики на основе технического углерода

1.9.1 Требования к медицинским сорбентам

1.9.2 Модифицирование поверхности технического углерода для получения биоспецифических и антибактериальных сорбентов

1.10 Технология механохимического синтеза карбидсодер-жащих композитов при использовании твердофазного карбидизатора - технического углерода

1.10.1 Строение карбида молибдена

1.10.2 Способы получения карбидов переходных металлов

1.10.3 Современные технологии получения карбидов

переходных металлов

Глава 2 Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Технический углерод

2.1.2 Углеродный мезопористый носитель Сибунит

2.1.3 Компоненты, используемые для разработки новых технологий на основе технического углерода

2.2 Описание экспериментальных методик

2.2.1 Определение реологических свойств пластичных углеродных композиций

2.2.2 Формование технического углерода в углеродные элементы сложной формы: черенки, кольца, блоки сотовой структуры

2.2.3 Гранулирование технического углерода методами окатывания и экструзии

2.2.4 Развитие микропористости в пористых углеродных материалах на основе технического углерода

2.2.5 Модифицирование поверхности углеродных сорбентов медицинского назначения на основе технического углерода

2.2.6 Механическая активация технического углерода

2.2.7 Механохимический синтез карбидсодержащих катализаторов

2.3 Термообработка углеродных материалов

2.4 Физико-химические методы исследования углеродных материалов

2.5 Стендовые медико-биологические испытания медицинских сорбентов

2.6 Оценка упруго-прочностных свойств резин, наполненных

промышленными марками СВ и механоактивированным

техническим углеродом

2.7 Оценка каталитических свойств карбидсолержащих

катализаторов в модельных реакциях

2.7.1 Реакция синтеза винилацетата

2.7.2 Реакция гидрообессеривания дибензотиофена и гидрирования 1-метилнафталина

2.7.3 Реакция парциального окисления метана

Глава 3 Экструзионная технология получения пористых углеродных материалов с различной геометрией поперечного сечения: колец, лепестков, блочных изделий сотовой структуры

3.1 Изучение реологических свойств пластичных композиций состава технический углерод+дисперсионная среда

3.2 Установление взаимосвязи между реологическими показателями пластичных углеродных композиций и их технологичностью на стадии экструзии

3.3 Термообработка формованных углеродных полуфабрикатов

3.4 Разработка технологииформования пористых материалов на основе технического углерода в виде элементов сложной формы: черенков, трубочек, блоков сотовой структуры

Глава 4 Технологии синтеза медицинских углеродных аппликаторов для акушерско-гинекологической практики

4.1 Обоснование требований к форме, размерам, прочности, пористости и химии поверхности акушерско -гинекологических углеродных аппликаторов

4.2 Применение экструзионной технологии для получения

сорбентов-аппликаторов медицинского назначения

4.3 Изучение процесса модифицирования поверхности гранулированного углеродного сорбента аминокапроновой кислотой с ее закреплением на углеродной поверхности

4.4 Изучение процесса модифицирования поверхности гранулированного углеродного сорбента N винилпирролидоном и его последующей полимеризации

4.5 Технология получения формованного углеродного сорбента с антибактериальными свойствами для акушерско-гинекологической практики

Глава 5 Технология синтеза углеродного носителя с микро-

мезопористой текстурой на основе технического углерода

5.1 Обоснование актуальности разработки технологии синтеза углеродных носителей с микромезопористой текстурой

5.2 Влияние рецептурно-технологических параметров гранулирования технического углерода на развитие микропористости в текстуре углеродного носителя

5.3 Влияние температурно-временных режимов термообработки модифицированного углеродного полуфабриката на развитие микропор и прочность микро-мезопористого углеродного

носителя

5.4 Технология получения углеродного носителя с микро-мезопористой текстурой МНУМ-1

5.5 Приготовление цинкацетатного катализатора на основе микро-мезопористого углеродного носителя МНУМ-1 и его каталитические испытания в реакции синтеза винилацетата

Глава 6 Технология синтеза сорбентов с однородно-

микропористой текстурой на основе технического углерода

6.1 Выбор подложки и состава модифицирующей среды

6.2 Модифицирование текстуры гранулированной мезопористой углеродной матрицы

6.3 Модифицирование текстуры мезопористой углеродной матрицы в виде блочных изделий

6. 4 Распределение пор по размерам

6.5 Молекулярно-ситовые свойства микропористого

углеродного сорбента

Глава 7 Разработка технологии модифицирования технического

углерода с применением метода механической активации

7.1 Оценка размеров агрегатов промышленных и специальных марок печного и канального технического углерода

7.2 Влияние параметров механической активации на физико-химические показатели и химию поверхности промышленных и специальных марок печного технического углерода

7.3 Изменение пористой структуры печного промышленного технического углерода в процессе механической активации

7.4 Взаимосвязь изменений размеров агрегатов, функционального состава поверхности и агрегативной устойчивости водных суспензий механоактивированного технического углерода

7.5 ^-потенциал водных суспензий технического углерода

7.6 Микроскопическое исследование промышленного технического углерода после механической активации

7.7 Технологические параметры модифицирования технического углерода методом механической активации в окислительной среде и изменение физико-химических показателей

7.8 Физико-механические свойства резин с механо -активированным печным техническим углеродом

Глава 8 Технология механохимического синтеза

карбидсодержащих композитов состава Мо2С/С с техническим

углеродом в качестве твердого карбидизатора

8.1 Отработка рецептуры механоактивируемой смеси компонентов, обеспечивающей механохимический синтез композитов составаМо2С/С

8.2 Состав, структура и морфология карбидсодержащего композита состава Мо2С/С, синтезированного по технологии механохимического синтеза

8.3 Состав и структура полиметаллического карбидсодер-жащего композита состава М-Мо2С/С

8.4 Технология механохимического синтеза карбидсодержащих композитов состава Мо2С/С и М-Мо2С/С

8.5 Каталитические испытания высокодисперсных карбидсодержащих катализаторов в модельных реакцияхгидрообессеривания дибензотиофена и гидрирования 1-метилнафталина

8.6 Каталитические испытания карбидсодержащего катализатора Мо2С/Св реакции парциального окисления метана

Заключение

Список публикаций по диссертации

Благодарности

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Список литературы

Заключение
За последние 20-25 лет существенно изменились характер и направления практического использования углеродных материалов, как впрочем и возможности их промышленного производства в виде различных структурных модификаций, включая и такие, как наноалмазы, нанотрубки, фуллерены, графены. Тем не менее, по-прежнему, наибольшие объемы производства и потребления связаны с таким классом углеродных материалов как технический углерод (carbonblack, CB).
Производство технического углеродаполучило масштабное развитие в середине прошлого века и было направлено на удовлетворение потребностей автомобилестроения и полиграфии. Несколько позднее значимые количества технического углерода потребовались для производства резино-технических изделий специального назначения, наполненных пластических масс, электрохимических источников тока. Такие разные сферы применения технического углерода, конечно, определяются сочетанием присущих ему свойств - наноглобулярной первичной структурой, способностью наноглобул к агрегированию в виде разветвленных и линейно протяженных ансамблей, электропроводностью, термической и химической стойкостью и др. Особое значение имеет функциональный покров поверхности технического углерода, обеспечивающий эффективность его применения как усиливающего и пигментного материала.
Технический углерод является пористым материалом, что помимо всего прочего позволяет рассматривать его в качестве основы для получения сорбентов как технического, так и биологического назначения, катализаторов и носителей катализаторов для различных процессов нефтеоргсинтеза и нефтепереработки. Эти аспекты использования технического углерода в хозяйственной деятельности сегодня еще только приобретают актуальность и значимость. Методологически создание на основе технического углерода новых сорбционных и каталитических материалов строится на использовании различных методов физического и химического воздействия.
Это позволяет управлять морфологией первичных частиц, пористой структурой, наличием функциональных групп на поверхности углерода, геометрической формой и размерами гранул, формированием объемных химических соединений (отдельных фаз) углерода с модифицирующими химическими элементами.
Немаловажную роль в химических процессах играет форм-фактор элементов, который зачастую определяет гидродинамические показатели реакторов и область проведения процессов. Выбирая соответствующую форму зерен катализатора, можно увеличить долю свободного объема и в несколько раз снизить гидравлическое сопротивление слоя катализатора без уменьшения активности единицы объема в слое.Известно, что для процессов при атмосферном давлении целесообразно применять катализаторы в виде зерен с увеличенным отношением наружной поверхности к объему и большим свободным объемом между зернами. Этим условиям удовлетворяют кольца с тонкими стенками, свернутые стержни, лепестки и др. Еще эффективнее применение регулярной насадки катализатора в форме цилиндрических элементов, расположенных параллельно направлению потока реакционной смеси с большим объемным сечением, так называемых блоков сотовой структуры. Однако на сегодняшний день наиболее распространенными формами катализаторов на углеродных носителях остаются порошки и мелкие гранулы.
Разработана новая экструзионная технологияизготовления углеродных элементов различной формы,в том числе блочных изделий, включающая в себя стадии приготовления пластичной углеродной композиции из СВ и дисперсионной среды, экструзии пластичной композиции через фильеру сложной формы и последующую многостадийную термообработку полученных углеродных экструдатов сложной формы в контролируемых газовых средах.
В процессе оптимизации рецептуры пластичной углеродной композиции были изучены реологические свойства углеродных паст на основе технического углерода и дисперсионной среды сложного состава и установлена взаимосвязь между рецептурой дисперсионной среды, реологическими показателями пластичных углеродных композиций и их технологичностью на стадии экструзии. Экспериментально установлено, что для получения бездефектных углеродных экструдатов сложной формы в состав дисперсионной среды должны входить несколько полимерных соединений, образующих с растворителем истинные растворы, коллоидные растворы и дисперсии с размерами частиц 0,1-1,0 мкм.
Изучено влияние режимов термообработки углеродных экструдатов на текстурно-прочностные показатели формованных углеродных изделий. Разработанная технология позволяет получать пористые углеродные носители в виде элементов различной формы: черенки, кольца, блочные изделия диаметром от 2 до 50 мм.
В последние годы расширяется использование сорбентов в качестве аппликационных материалов для лечения различных заболеваний, в том числе и в акушерско-гинекологической практике. Медицинский сорбент¬аппликатор для его использования в акушерско-гинекологической практике должен иметь следующие показатели:
-биосовместимость материала аппликатора;
-высокая химическая чистота материала, стерильность;
-форма и размеры, оптимальные для его безболезненного введения через узкую шейку в полость матки и последующего извлечения;
-развитая мезопористая текстура материала, которая должна обеспечить сорбционную активность аппликатора в процессе сорбции токсинов; -достаточная прочность, необходимая для сохранения целостности сорбента при введении в полость матки, во время процедуры сорбции и извлечении из полости матки.
Формование и термообработку медицинских пористых аппликаторов проводили по экструзионной технологии, разработанной в настоящей диссертационной работе и описанной выше.